Номер 5, страница 176 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. Как понимают b-распад? Каковы различия между электронным и позитронным b-распадами?

Как понимают b-распад?

Бета-распад (β-распад) — это тип радиоактивного распада, представляющий собой самопроизвольное превращение атомного ядра, которое происходит за счёт слабого взаимодействия. В процессе бета-распада ядро испускает бета-частицу, которой может быть либо электрон ($e^-$), либо его античастица — позитрон ($e^+$).

Ключевой особенностью бета-распада является превращение одного из нуклонов (составных частей ядра) в другой: нейтрона в протон или наоборот. При этом массовое число ядра (общее число протонов и нейтронов, $\text{A}$) остаётся неизменным, в то время как его зарядовое число (число протонов, $\text{Z}$) изменяется на единицу (+1 или -1). Для сохранения законов физики (в частности, закона сохранения лептонного числа) одновременно с бета-частицей испускается нейтральная частица — электронное антинейтрино ($\bar{\nu}_e$) или электронное нейтрино ($\nu_e$).

Каковы различия между электронным и позитронным b-распадами?

Различия между электронным и позитронным бета-распадом являются фундаментальными и касаются как самого механизма превращения в ядре, так и его последствий.

1. Электронный β⁻-распад (минус-бета-распад)
Этот вид распада характерен для ядер с избытком нейтронов. Внутри такого ядра один из нейтронов ($\text{n}$) спонтанно превращается в протон ($\text{p}$). Этот процесс сопровождается испусканием из ядра электрона ($e^-$), который и является бета-частицей, и электронного антинейтрино ($\bar{\nu}_e$).
Схема превращения на уровне нуклонов: $n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e$.
В результате этого процесса зарядовое число ядра ($\text{Z}$) увеличивается на единицу, а массовое число ($\text{A}$) не меняется. Образуется ядро нового химического элемента, который в таблице Менделеева расположен на одну клетку правее исходного.
Общее уравнение для ядра ${}_Z^A X$: ${}_Z^A X \rightarrow {}_{Z+1}^A Y + e^- + \bar{\nu}_e$.

2. Позитронный β⁺-распад (плюс-бета-распад)
Этот вид распада происходит в ядрах с избытком протонов (или недостатком нейтронов). Внутри ядра один из протонов ($\text{p}$) превращается в нейтрон ($\text{n}$). Процесс сопровождается испусканием позитрона ($e^+$) и электронного нейтрино ($\nu_e$).
Схема превращения на уровне нуклонов: $p \rightarrow n + e^+ + \nu_e$.
В результате зарядовое число ядра ($\text{Z}$) уменьшается на единицу, а массовое число ($\text{A}$) остается неизменным. Образуется ядро нового химического элемента, смещенного на одну клетку влево в таблице Менделеева. Стоит отметить, что этот процесс требует энергии, так как масса нейтрона больше массы протона, и он возможен только внутри ядра за счёт энергии связи.
Общее уравнение для ядра ${}_Z^A X$: ${}_Z^A X \rightarrow {}_{Z-1}^A Y + e^+ + \nu_e$.

Краткое обобщение различий:
• Тип ядер: β⁻-распад происходит в нейтронно-избыточных ядрах; β⁺-распад — в протонно-избыточных.
• Превращение нуклона: при β⁻-распаде $n \rightarrow p$; при β⁺-распаде $p \rightarrow n$.
• Изменение заряда ядра (Z): при β⁻-распаде $\text{Z}$ увеличивается на 1; при β⁺-распаде $\text{Z}$ уменьшается на 1.
• Испускаемые частицы: при β⁻-распаде испускаются электрон ($e^-$) и электронное антинейтрино ($\bar{\nu}_e$); при β⁺-распаде — позитрон ($e^+$) и электронное нейтрино ($\nu_e$).

Ответ: Бета-распад — это радиоактивное превращение ядра за счёт слабого взаимодействия, при котором изменяется его состав нуклонов: нейтрон превращается в протон (электронный β⁻-распад) или протон в нейтрон (позитронный β⁺-распад). Это приводит к изменению заряда ядра на единицу при сохранении массового числа. Основные различия между электронным и позитронным β-распадом заключаются в следующем: 1) при электронном распаде нейтрон превращается в протон, а при позитронном — протон в нейтрон; 2) в результате электронного распада заряд ядра увеличивается на 1, а в результате позитронного — уменьшается на 1; 3) при электронном распаде испускаются электрон и электронное антинейтрино, а при позитронном — позитрон и электронное нейтрино.